사각 피라미드 퍼즐이란 게 있습니다. (Lucas problem 혹은 cannonball problem이라고도 한다는군요.)
애기똥풀님 블로그에 갔더니 이 문제가 올라와 있어서, 포스팅 해봅니다.
일단 문제.
의 자연수해를 찾아라.
일단 고등학교(중학교?)때 배우는 다음 식을 이용해서,

문제를 바꿔서 쓸 수 있습니다.

우변이 x에 관한 3차식으로, 중근을 갖지 않기 때문에, 이식은 타원곡선이 됩니다. (제가 씨앗을 뿌리고 농사짓는 밭이죠-_-) Siegel의 정리에 따르면, 유리수에서 정의된(계수들이 전부 유리수라는 뜻) 타원곡선위의 정수해는 유한개 뿐입니다. 물론 그 정수해를 찾는 것은 어려운 일이죠.
일반적인 다항식의 정수해를 찾는 것은 몹시 어려운 문제이지만, 타원 곡선은 특별한 성질을 가진 곡선인 덕분에(일단 군..) 많은 연구가 이루어져 있고 우리는 그 결과들을 공짜로(!) 이용할 수 있습니다. 이를테면 유리수해 둘이 있으면 그 둘을 더해서 새로운 해를 찾을 수 있죠. 사람 손으로도(머리가 아니라-_-) 할 수 있게 공식이 다 알려져 있습니다. 보통
같은 꼴의 타원 곡선에 대해서 공식을 만드니, 식을 일단 이 형태로 바꿉니다.
과
의 계수를 맞추기 위해서
를 써서
로 변환을 합니다.
그 다음은
항을 없애줍니다.
를 써서
.
정수 계수를 가지는 게 멋있으니까,
를 써서
….(이 마지막 변환은 좀 특별해요-_-)
결국
를 써서, 식을 좀 예쁘게(?) 바꿨네요. x,y가 정수라면,
도 정수해가 되니, 새로운 타원곡선의 정수해를 일단 다 찾으면 되겠습니다 휴우-
덧. 좀 있으면 새벽 1시라, 일단 여기서 끊고 저는 이만;; 근데 수식이 이렇게 있으니 꼭 수학블로그 같군요(먼산)
덧덧. <브로콜리 너마저>의 <보편적인 노래> 좋군요. 이런 보편적인(universal) 노래에서 감동을 받는 것은 역시 제가 가지고 있는 추억들nontrivial example 떄문이랄까. 역시 example은 중요합니다(+_+a)